近年来,光伏发电在总发电量中的占比日益凸显,逆变器作为光伏系统中的关键设备,对其开展相关的研究具有重要的现实意义。本文以基于双Buck逆变器的两级式光伏并网系统为研究对象,对控制技术进行了分析研究。首先阐述了两级式光伏并网系统的组成和控制。详细分析了光伏电池板、DC/DC有源钳位反激电路、单相双Buck逆变器和并网LCL滤波器的工作原理,建立光伏电池和逆变电路的数学模型,在此基础上研究了包括MPPT、后级双环控制及锁相环在内的控制技术。其次针对逆变器控制中电流内环仅采用无差拍控制(deadbeat control,DC)时存在的不足,本文提出了无差拍快速重复控制(deadbeat fast repetitive control,DFRC)。通过分析无差拍控制下模型参数摄动、电网电压谐波和母线电压二次脉动等扰动因素会产生预测误差,进而造成并网电流中谐波含量增加,且以奇次谐波为主的问题,以及传统重复控制具有良好的谐波抑制能力,但存在动态响应慢且直流偏置存在时会影响控制性能的缺点,本文从传统重复控制器的结构和嵌入无差拍控制系统的方式两方面做了改进。所提方法结构简单,动态响应快,可有效减少并网电流中的奇次谐波含量,降低总谐波畸变率,并且避免了直流偏置存在时对控制性能的影响,提高了控制精度。此外,为防止控制延时对系统稳定性和并网电流的性能造成影响,采用两步预测方法抵消了控制延时的影响。进一步地,为保证光伏系统运行安全,研究了光伏输出功率突变造成逆变器端部瞬时过电压问题的本质,并提出了抑制该现象发生的措施。通过建立无差拍控制作用下的逆变器输出端数学模型,分析出端部过电压是由于并网滤波器与控制器的快速响应之间相互作用,进而引起逆变器端部欠阻尼振荡造成的,并且振荡幅值和频率与功率突变量、控制器参数、电路阻抗参数、状态量初值以及功率前馈系数有关。为避免逆变器端部发生过电压现象,可根据建立的模型对实际系统进行预判,选取适当的相关参数值。最后通过Matlab/Simulink平台对所提算法和模型进行了仿真验证,仿真结果与理论分析相符。在此基础上,搭建了基于TMS320F28035控制器的两级式光伏并网系统实验平台,从实验角度进一步对比验证了本文所提算法的有效性。
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